專利名稱：一種延長aod爐爐役的爐體傾動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及AOD爐精煉鐵合金生產(chǎn)エ藝過程及裝置，特別涉及一種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計，我國噸鋼耐火材料消耗是20— 25公斤，日本是7. 5公斤左右，美國是7—15公斤，與發(fā)達(dá)國家相比，我國的耐火材料消耗明顯偏高，其主要原因是我國的冶煉設(shè)備內(nèi)襯壽命偏低。如果能夠提高爐襯壽命，可大大降低企業(yè)生產(chǎn)成本,提高企業(yè)生產(chǎn)率,有利于提高企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益和整體的國際競爭力。同時也應(yīng)看到，冶煉設(shè)備壽命的提高，不僅直接導(dǎo)致耐火材料消耗量的降低，而且可以節(jié)省大量的鎂、鈣等稀有金屬這些戰(zhàn)略資源，也可以大量降低粘土需求量，從而保護植被和耕地，進而避免因為采礦和采土破壞資源環(huán)境。AOD精煉技術(shù)的冶金原理是向爐內(nèi)吹入O2和惰性氣體(Ar、N2)的混合氣體，用Ar或N2稀釋由脫碳反應(yīng)產(chǎn)生的CO氣體的分壓，從而促進脫碳反應(yīng)的進行，并抑制鋼水中鉻的氧化。AOD爐由于精煉溫度高，冶煉周期長，氣體攪拌劇烈，鋼渣沖刷嚴(yán)重，爐襯溫度周期性變化幅度大等，爐襯工作條件十分惡劣，因而其爐役遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)爐和電爐。爐役是耐火材料質(zhì)量、冶煉條件及筑爐維護的綜合反映，耐火材料質(zhì)量是爐齡的基礎(chǔ)。目前，提高AOD爐爐役的根本途徑仍然是改善爐襯耐火材料的耐火度、高溫強度、氣孔率、雜質(zhì)含量、磚型尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、防水化性能、抗熱震性、抗鋼流沖刷能力及抵抗渣侵蝕能力等性能。然而，同樣的耐火材料，因爐襯砌筑、烘烤及冶煉エ藝的差異，也會對AOD爐襯壽命產(chǎn)生很大影響，因而該方面的研究成為目前的重點。針對爐溫高對爐役的影響。研究表明，當(dāng)熔池溫度在1700°C以上時溫度每提高500C，爐襯耐火材料的侵蝕速度就提高I倍。而AOD冶煉鉻鐵合金吋，脫碳期熔池溫度高達(dá)1800°C左右，且爐襯耐火材料在高溫下的工作時間也較長。因此AOD的脫碳期熔池溫度和精煉時間對爐襯壽命的影響較大。為縮短冶煉時間，避免爐襯耐火材料在高溫下長時間侵蝕，間接提高爐役，文獻(石知機等，爐氣分析終點控制技術(shù)在馬鋼轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用，《鋼鐵》.2007，42 (4). -24-26 ；)研究了利用爐氣分析判斷終點，進而避免補吹，達(dá)到縮短冶煉時間的目的。針對爐溫變化大對爐役的影響。由于AOD生產(chǎn)的間歇式、供氣元件都是氣冷的、冶煉過程中爐襯溫度不均勻(風(fēng)眼區(qū)爐襯溫度較高)和精煉期間向熔池內(nèi)加入大量的造渣料及輔料等，這些都使AOD的爐溫變化較大，導(dǎo)致爐襯耐火材料剝落而影響爐襯壽命。發(fā)明專利(劉南平等，鋼包堿性爐襯的烘烤方法，專利申請?zhí)?00910312595)通過制定合理的爐襯烘烤制度，使?fàn)t襯磚能夠緩緩升至高溫，并保證襯磚被烤透，在出現(xiàn)長時間等待鋼水的情況下，也對爐襯進行烘烤，以避免爐襯耐火材料在接觸鋼水時急熱，或長時間等鋼水時溫降過大而造成剝落。針對氣體及鋼流嚴(yán)重沖刷爐襯對爐役的影響。在AOD的整個冶煉過程中，都會向熔池吹入大量氣體，從風(fēng)ロ吹入的氣體只有少量滲入鐵水中。大部分氣體都帶著氧化物反沖回來并沿后側(cè)墻向上運動，在爐內(nèi)造成局部高溫和渦流，形成了部分高蝕損區(qū)域。文獻(張朝霞等，太鋼AOD爐襯長壽技術(shù)，《耐火材料》，2006年40 (5)，P376 378)研究表明，在吹氣時期，如果能把爐子稍稍向后傾轉(zhuǎn)，迫使向上運動的氣體流離開爐體后部側(cè)墻，可以將這種侵蝕減小到最低限度。文獻(張朝霞等，影響AOD爐耐火材料壽命的因素及其分析，《太鋼科技》，2004年第2期，Pf 7)指出，最佳的爐體傾轉(zhuǎn)角度，由爐內(nèi)的裝爐量、耐火材料侵蝕特征和氣流速度分別確定。美國有些冶金廠在爐子上安裝角度指示器和測量儀，確保在每ー爐的冶煉過程中，爐子能傾轉(zhuǎn)到相同的角度，這樣就可以針對爐子的侵蝕特征來分區(qū)砌筑。向后傾動角度有2°的改變，就會使?fàn)t襯耐火材料的侵蝕特征發(fā)生根本性的變化，通常爐體的最佳背向傾斜角度是5 7°，最大范圍為0 15°。然而，由于每爐裝爐量的不同、冶煉品種不同以及冶煉エ藝的差異，使事先確定的傾動角度并不能完全真實的反映爐襯實際燒蝕情況。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，熔池的供氧強度、攪拌強度還在不斷提高。這對熔池耐火材料造成了較強的沖刷，特別是AOD的后墻要承受很大的氣流及鋼流沖刷，這會降低AOD爐齡。文獻(張飛虎等，轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，《鋼鐵技木》.2007(4).-9-10，30)研究了濺渣護爐技術(shù)，通過從冶煉エ藝、爐渣調(diào)節(jié)、エ藝參數(shù)的調(diào)整，使得濺渣護爐技術(shù)對爐襯、爐型的維護起到了很好的效果，爐齡得到大幅提高，經(jīng)濟效益明顯。針對熔渣堿度波動大對爐役的影響。AOD爐襯不僅要受熔渣的侵蝕和沖刷，而且在一個精煉周期內(nèi)熔渣堿度的波動范圍很大。特別是在還原期，渣中SiO2含量突然升高，在氬氣的攪拌下，渣中的SiO2會與堿性耐火材料爐襯中MgO和CaO發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點的鈣鎂橄欖(CaO MgO SiO2)和鎂薔薇輝石(3Ca0 MgO 2Si02)，同時破壞方鎂石之間的結(jié)合。而這些低熔點產(chǎn)物在AOD精煉期間會發(fā)生軟化和脫落，從而使?fàn)t襯壽命降低。爐渣的堿度和成分對爐襯壽命都有很大影響。文獻(王貴平等，太鋼AOD爐齡的提高措施，《耐火材料》，2006年02期，-24-26)試驗發(fā)現(xiàn)，隨著渣中CaF2含量的增加，爐襯壽命大大降低，而 隨著渣中MgO含量的増加，爐襯壽命相應(yīng)提高。因此對還原渣的堿度及成分進行了調(diào)整，爐渣堿度0&0/5102控制在I. 8^2. 0, (CaO+MgO) /SiO2控制在2. 0^2. 4，且嚴(yán)格控制CaF2加入量及CaF2/CaO比值。總之，目前提高爐役的相關(guān)技術(shù)主要集中在改善耐火材料性能、爐襯烘烤制度、爐渣堿度控制、濺渣護爐エ藝及終點控制方面，尚未見到利用鋪設(shè)傳感器陣來在線監(jiān)測爐襯燒蝕狀態(tài)，并通過控制爐體傾動方向及角度來改變底槍氧、氬氣流的沖刷區(qū)域及渣線位置，進而避免爐襯某一區(qū)域過度燒蝕的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，該方法基于溫度越高耐火材料燒蝕越快及溫差變化越大爐襯耐火材料越容易剝落的原理，針對AOD爐風(fēng)ロ及渣線附近溫度高、溫差變化大及沖刷嚴(yán)重而相對其它區(qū)域耐火材料消耗速度快的問題，提出了爐體傾動的自動搜索尋優(yōu)控制方法，通過在風(fēng)口和渣線附近區(qū)域鋪設(shè)溫度傳感器陣，依據(jù)溫度變化情況，自動搜索確定使風(fēng)口和渣線附近區(qū)域溫度均勻性最好的爐體傾動方向及角度，進而改變爐體傾動方向及角度來調(diào)整底槍氧、氬氣流的沖刷區(qū)域及渣線位置，來均衡風(fēng)口和渣線附近區(qū)域耐火材料的消耗速度，避免同一區(qū)域因長時間沖刷或溫度偏高或溫差變化偏大而導(dǎo)致的爐襯燒蝕過快而降低爐襯整體壽命在AOD爐冶煉過程中由于噴槍噴出氣體時會形成較強的渦流，這就使得噴槍周圍的耐火材料遭到強烈的沖刷，致使槍體周圍形成凹坑，大大降低了爐襯壽命。當(dāng)氣體從爐體底部側(cè)壁由噴槍水平吹入熔池時，由于慣性和浮力的共同作用，氣體流在爐內(nèi)鐵水中沿水平方向運動一段距離后再向上運動，底槍數(shù)越少，氣體流沿水平方向的穿透距離越大。隨著氣流的上升，氣體對爐內(nèi)鐵水造成的壓カ會越來越低，這就使得氣流周圍的液體不斷地被吸入，形成氣液兩相流，在爐內(nèi)形成大量小氣泡，隨著氣流的向上運動，形成氣泡區(qū)的橫截面逐漸增大，直至到達(dá)液面，氣體從鐵水中跑出來，此時氣液兩相區(qū)液面就會高于周圍鐵水，這部分液體在重力的作用下下落，致使整個液面產(chǎn)生波動，鐵水波動流到達(dá)爐壁，之后沿爐子側(cè)壁向下運動，運動到熔池下部又被氣液兩相流所吸引，致使?fàn)t內(nèi)鐵水形成大小不等的多個循環(huán)和旋渦，整個爐內(nèi)鐵水處于被攪拌的狀態(tài)。這就會對爐壁產(chǎn)生沖擊，損壞爐襯，減少爐襯使用壽命。本發(fā)明之方法包括以下步驟(I)、在風(fēng)口和渣線附區(qū)域的爐體外殼鋪裝溫度傳感器陣； (2)、由PLC通過AD模塊讀取傳感器陣中的各點溫度值，并計算各點間的溫差；(3)、由PLC通過變頻器控制拖動電機將爐體前傾ー個步距角，等候一個控制周期，重新讀取并計算傳感器陣中各點間的溫差，如果某兩點間的溫差變小，PLC將控制拖動電機將爐體繼續(xù)前傾一個步距角，重復(fù)上述過程直至溫差最小或達(dá)到前傾極限角而停止；反之，如果傳感器陣中某兩點間的溫差值增加，PLC將控制拖動電機將爐體后傾ー個步距角，重復(fù)上述過程直至溫差最小或達(dá)到后傾極限角而停止；循環(huán)執(zhí)行步驟(2)和步驟(3)，實現(xiàn)均勻風(fēng)ロ附近沖刷強度及渣線附近溫度的目的。所說的AOD爐是指采用頂?shù)讖?fù)吹氧、氬混合氣體的用于精煉不銹鋼或鐵合金的生
產(chǎn)裝置。所說的風(fēng)ロ附近是以底槍風(fēng)眼為底邊中心的方形區(qū)域。當(dāng)爐容和供氧強度增加時可以適當(dāng)擴大邊長。所說的渣線是指AOD爐額定工作情況下形成的渣線。所說的渣線附近是以渣線和傾動軸線交匯點為中心的延爐體周長方向的矩形區(qū)域。所說的溫度傳感器陣是在風(fēng)口和渣線附近在爐體外殼上按等距離原則鋪設(shè)的熱電偶溫度傳感器，傳感器數(shù)量越多、間距越小，控制效果越好。所說的爐體前傾是指爐體面向出鋼方向，后傾是指爐體背向出鋼方向。所說的爐體前傾極限角是指受爐帽和爐ロ之間縫隙限制所允許的向前傾動的最大角度，通常小于15度。所說的爐體后傾極限角是指受爐帽和爐ロ之間縫隙限制所允許的向后傾動的最大角度，通常與爐體前傾極限角相同。所說的步距角是指爐體允許前傾極限角和后傾極限角之和被N平分的角度。N越大控制精度越高，但調(diào)節(jié)時間變長，通常設(shè)定為與溫度傳感器陣行數(shù)相同。所說的控制周期是指爐體兩次傾動操作的時間間隔。該值越小，傾動越頻繁。通常爐容越大，該值越大。
所述方法是把風(fēng)ロ和渣線附近按傳感器陣行數(shù)量化成多個區(qū)間，行數(shù)越多，量化區(qū)間劃分的就越細(xì)，爐襯耐火材料消耗檢測的精度越高，控制的平穩(wěn)性越好，但計算量會明顯增加，控制的實時性變差，同時成本提高。本發(fā)明有益效果是通過在風(fēng)口和渣線附近鋪設(shè)溫度傳感器陣，其各點溫度值分別表征該點附近區(qū)域的耐火材料消耗程度，解決了冶煉過程中爐襯消耗不能在線檢測的難題，利用調(diào)整爐體傾動方向及角度，來調(diào)整底槍氧、氬氣流的沖刷區(qū)域及渣線位置，避免同一區(qū)域因長時間沖刷或溫度偏高或溫差變化偏大而導(dǎo)致的爐襯燒蝕過快而降低爐襯整體壽命。本發(fā)明之爐體傾 動自動捜索尋優(yōu)控制方法，不需要建立繁瑣的數(shù)學(xué)模型，也不需要事先判定傾動方向和確定傾動角度值，可以有效解決系統(tǒng)的時變性及不確定性對控制效果的影響，該方法計算量小，算法簡單，控制的實時性好，容易實現(xiàn)，其部分參數(shù)通過現(xiàn)場實驗整定后可應(yīng)用于冶煉過程的自動控制。


圖I是本發(fā)明所用傳感器陣在風(fēng)ロ附近的鋪設(shè)圖。圖中的Iー風(fēng)眼，2—熱電偶溫度傳感器。圖2是本發(fā)明所用傳感器陣在渣線附近的鋪設(shè)圖。圖中的3—在額定冶煉容量下的渣線，2—熱電偶溫度傳感器。圖3是本發(fā)明爐體傾動后渣線位置變化圖。圖中的3—在額定冶煉容量下的渣線，4ー爐體傾動后渣線位置。圖4是本發(fā)明爐體傾動后氣流沖刷位置變化圖。圖中的5—在正常冶煉時的氣流沖刷區(qū)域，6—爐體傾動后的氣流沖刷區(qū)域。
具體實施例方式本實施例包括以下步驟如圖I至圖4所示；(I)、在額定冶煉容量下的渣線與前傾方向爐體外殼中心的交匯處、正上方IOOmm處、正上方200mm處、正下方IOOmm處和正下方200mm處分別鋪設(shè)五個熱電偶溫度傳感器2,實施中為降低成本，將傳感器2陣縮減為5行I列。(2)、在底槍風(fēng)眼正上方100謹(jǐn)處、正上方200謹(jǐn)處、正上方300謹(jǐn)處和正上方400mm處分別鋪設(shè)四個熱電偶溫度傳感器2。(3)、由PLC通過AD模塊讀取傳感器陣中的各點溫度值，并計算各點間的溫差；(4)、由PLC通過變頻器控制拖動電機將爐體前傾0. 5度，等候100s，重新讀取并計算傳感器陣中各點間的溫差，如果某兩點間的溫差變小，PLC將控制拖動電機將爐體繼續(xù)前傾0. 5度，重復(fù)上述過程直至溫差最小或達(dá)到7度而停止。反之，如果傳感器陣中某兩點間的溫差值增加，PLC將控制拖動電機將爐體后傾0. 5度，重復(fù)上述過程直至溫差最小或達(dá)到后傾極限角而停止。循環(huán)執(zhí)行3和4的步驟，實現(xiàn)均勻風(fēng)ロ區(qū)域沖刷強度及渣線附近溫度的目的。
權(quán)利要求
1.一種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，該方法包括以下步驟 (1)、在風(fēng)口和渣線附區(qū)域的爐體外殼鋪裝溫度傳感器陣； (2)、由PLC通過AD模塊讀取傳感器陣中的各點溫度值，并計算各點間的溫差； (3)、由PLC通過變頻器控制拖動電機將爐體前傾ー個步距角，等候一個控制周期，重新讀取并計算傳感器陣中各點間的溫差，如果某兩點間的溫差變小，PLC將控制拖動電機將爐體繼續(xù)前傾一個步距角，重復(fù)上述過程直至溫差最小或達(dá)到前傾極限角而停止；反之，如果傳感器陣中某兩點間的溫差值增加，PLC將控制拖動電機將爐體后傾ー個步距角，重復(fù)上述過程直至溫差最小或達(dá)到后傾極限角而停止；循環(huán)執(zhí)行步驟(2)和步驟(3)，實現(xiàn)均勻風(fēng)ロ附近沖刷強度及渣線附近溫度的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，其特征在于所述的風(fēng)ロ附近是以底槍風(fēng)眼為底邊中心的方形區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，其特征在于所說的渣線是指AOD爐額定工作情況下形成的渣線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，其特征在于所說的渣線附近是以渣線和傾動軸線交匯點為中心的延爐體周長方向的矩形區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，其特征在于所說的溫度傳感器陣是在風(fēng)口和渣線附近在爐體外殼上按等距離原則鋪設(shè)的熱電偶溫度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，其特征在于所說的爐體前傾是指爐體面向出鋼方向，后傾是指爐體背向出鋼方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，其特征在于所說的爐體前傾極限角是指受爐帽和爐ロ之間縫隙限制所允許的向前傾動的最大角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，其特征在于所說的爐體后傾極限角是指受爐帽和爐ロ之間縫隙限制所允許的向后傾動的最大角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，其特征在于所說的步距角是指爐體允許前傾極限角和后傾極限角之和被N平分的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，其特征在于所說的控制周期是指爐體兩次傾動操作的時間間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種延長AOD爐爐役的爐體傾動控制方法，該方法是(1)在風(fēng)口和渣線附區(qū)域的爐體外殼鋪裝溫度傳感器陣；(2)由PLC通過AD模塊讀取傳感器陣中的各點溫度值，并計算各點間的溫差；(3)由PLC通過變頻器控制拖動電機將爐體前傾一個步距角，等候一個控制周期，重新讀取并計算傳感器陣中各點間的溫差，如果某兩點間的溫差變小，PLC將控制拖動電機將爐體繼續(xù)前傾一個步距角，重復(fù)上述過程直至溫差最小或達(dá)到前傾極限角而停止；反之，如果傳感器陣中某兩點間的溫差值增加，PLC將控制拖動電機將爐體后傾一個步距角，重復(fù)上述過程直至溫差最小或達(dá)到后傾極限角而停止；循環(huán)執(zhí)行步驟(2)和步驟(3)，實現(xiàn)均勻風(fēng)口附近沖刷強度及渣線附近溫度的目的。
文檔編號C21C7/068GK102776327SQ20121029326
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者尤文, 李暢, 韓順杰, 馬海濤 申請人:長春工業(yè)大學(xué)